Công nghệ siêu hấp thụ bằng khử ion điện dung (CDI) hấp thụ các chất ô nhiễm ở dạng hòa tan trong nước; khử nhưng giữ lại chất khoáng tự nhiên, tỷ lệ thu hồi nước cao.
Hấp thụ chất ô nhiễm, giữ lại khoáng chất
Siêu hấp thụ bằng khử ion điện dung (CDI) được đánh giá là công nghệ mới nổi trên thế giới, có thể thay thế hiệu quả các công nghệ xử lý nước phổ biến hiện nay như thẩm thấu ngược (RO), thẩm tách điện, chưng cất... Công nghệ này siêu hấp thụ các chất ô nhiễm ở dạng hòa tan trong nước, khử nhưng giữ lại chất khoáng tự nhiên, tỷ lệ thu hồi nước cao, tiết kiệm năng lượng…
Mỗi lõi lọc nước bằng công nghệ CDI được cấu tạo bởi hàng tỷ điện cực (được gọi là tế bào CDI) cách nhau một khoảng cách nhỏ, chỉ vài milimét, vật liệu các-bon xốp được sử dụng làm các điện cực; điện áp một chiều thấp (khoảng 1,2 - 2,0 V) được đặt vào các điện cực này và nước được bơm chảy qua các tế bào CDI.
Các tế bào CDI hoạt động trên nguyên lý là các điện cực tích điện sẽ tách các ion trái dấu có trong nước và hấp phụ trên bề mặt. Việc sử dụng lâu dài các tế bào CDI để loại bỏ các ion tích điện (được gọi là pha hấp phụ), thường dẫn đến độ bão hòa của các điện cực, làm cho hiệu suất loại bỏ chất bẩn giảm đi và đạt thấp.
Các điện cực bão hòa là kết quả của giai đoạn hấp phụ có thể được thay thế bằng một bộ điện cực mới hoặc bằng cách giải hấp phụ. Việc giải hấp phụ lại các điện cực bão hòa đạt được bằng cách đặt điện áp ngược hoặc làm ngắn mạch các điện cực, mà không cần áp dụng bất kỳ áp suất bên ngoài nào để rút các ion như trong lọc màng và một số công nghệ khử kim loại khác, bởi lẽ quá trình tách các ion này được hỗ trợ bởi lực tĩnh điện.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, diện tích bề mặt lớn hơn và sự phân bố kích thước lỗ thích hợp (dựa trên kích thước của các ion mục tiêu) đóng vai trò rất quan trọng trong hiệu quả loại bỏ các ion bẩn trong nước của tế bào CDI.
Một giải pháp thay thế để cải thiện hiệu suất hấp phụ của tế bào CDI là màng trao đổi ion giữa các điện cực và kênh không gian (không gian giữa 2 điện cực), được gọi là khử ion điện dung màng (MCDI).
Các màng MCDI này hạn chế hấp phụ của các ion trong quá trình giải hấp phụ. Do đó, đã cải thiện khả năng hấp phụ của điện cực sau khi giải hấp phụ. Vì vậy, mức tiêu thụ năng lượng tổng thể trong các tế bào MCDI đã giảm xuống với khả năng phục hồi năng lượng trong giai đoạn giải hấp phụ.
Một trong những công nghệ MCDI cải tiến là các điện cực được phủ bằng các polyme trao đổi ion, giúp cải thiện độ bám dính, tiếp xúc giữa các điện cực và màng trao đổi ion, dẫn đến điện trở tiếp xúc thấp hơn và điện trở suất thấp hơn. Do đó, tiêu thụ năng lượng giảm so với hoạt động MCDI thông thường.
Nước sau lọc có thể uống trực tiếp
Hiện nay, một số nước đang tập trung đầu tư phát triển công nghệ CDI ứng dụng trong xử lý nước ô nhiễm, nước nhiễm phèn và nhiễm mặn. Nhận thấy tiềm năng và triển vọng phát triển của công nghệ CDI tại thị trường Việt Nam, từ năm 2019, Viện Tài nguyên và Môi trường (TN&MT) - Đại học Quốc gia Hà Nội đã hợp tác với Công ty TNHH Công nghệ Vietdream nghiên cứu và phát triển công nghệ CDI ứng dụng trong điều kiện thực tiễn của Việt Nam.
Các thế hệ lõi lọc CDI đã được phát triển và thử nghiệm xử lý nước đạt các tiêu chuẩn nước sạch cho uống trực tiếp, sinh hoạt, chế biến lương thực, thực phẩm, lò hơi... với các nhu cầu khác nhau (từ quy mô nhỏ cho hộ gia đình, văn phòng, cơ quan đến quy mô công nghiệp cho các nhà máy xử lý nước, nhà máy chế biến thực phẩm...).
Các sản phẩm lọc nước bằng công nghệ CDI có ưu điểm vượt trội so với công nghệ lọc thẩm thấu ngược RO (loại bỏ cả các chất khoáng có lợi cho cơ thể, lượng nước thải đến 50 - 60%) nhưng vẫn giữ lại trên 50% chất khoáng vi lượng tự nhiên cho cơ thể; không phải thay màng lọc sau thời gian sử dụng; tiêu thụ năng lượng thấp; thiết bị cấu tạo nhỏ gọn; lượng nước thải bỏ thấp (10%), tức khả năng thu hồi nước cao đến 90%; lọc sạch chất lơ lửng kích thước > 1µm; hấp thu 100% các chất độc hại như thuốc trừ sâu, phân bón, kim loại nặng, các chất oxy hóa gây ung thư; loại trên 99% vi khuẩn; trung hòa độ pH... Đặc biệt, các lõi lọc CDI này có ưu thế vượt trội trong xử lý nước lợ và nước nhiễm mặt.
